CN110424980A - 一种用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，包括用于先行破岩的圆锥状小刀盘和设置在所述小刀盘外侧的用于后续扩挖破岩的平面大刀盘，在所述小刀盘和大刀盘上分别设有若干个第一滚刀和第二滚刀，在所述小刀盘和大刀盘上还分别设有喷水除尘口。本发明改变了传统的破岩方式，由面接触改成点接触，整体提高了破岩效率，可极大的缩短施工工期，降低刀盘磨损的用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，解决了传统滚刀消耗快，需要频繁更换，以及破岩难度大、效率低的弊端。
Description
技术领域
本发明涉及破岩装备零部件技术领域，具体涉及一种用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘。
背景技术
在隧道施工领域，掘进机刀盘设计的合理与否直接影响工程掘进的效率及成败，掘进机在破岩过程中依靠主机给刀盘施加推力，通过布置在刀盘面板上的滚刀和岩面挤压，滚刀刀刃切入岩石，在刀盘的旋转过程中，依靠推力和扭矩共同的作用破岩。具体破碎过程为，在完整、密实岩石中，刀刃在推力作用下切入岩体，形成割痕。随着刀盘的回转，滚刀滚动，切入岩体部分的岩石首先破碎成粉状，在刀刃顶部范围内形成破碎区。刀刃侵入岩石在岩石结合力最薄弱处产生多处微裂纹。随着滚刀切入岩石深度的加大，裂纹与相邻滚刀作用产生显裂纹，裂纹发展到岩石表面时，就形成了岩石破碎体。
现有的硬岩掘进机刀盘设计多从破岩滚刀尺寸的选择和刀间距的设置方面来考虑，但通过众多工程案例表明，当面对一些极硬岩（岩石单轴抗压强度高于90Mpa）且岩石的整体完整性比较好时，掘进机明显出现掘不动的现象，刀具的贯入度很小，只能利用刀盘上的滚刀来一点点“啃蚀”岩石进行掘进，此时滚刀和隧洞掌子面硬岩不停地磨损，造成滚刀大量消耗，且需要频繁更换刀具，不仅耗费巨大的工程成本，而且整体施工效率极慢。
在极硬岩工况下，传统的掘进机刀盘是整体接触硬岩岩面，容易导致整个刀盘面板上刀具磨损，使刀具更换频繁。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可以提高破岩效率，缩短施工工期，降低刀盘磨损的用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，解决了传统滚刀消耗快，需要频繁更换，以及破岩难度大、效率低的弊端。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，包括用于先行破岩的圆锥状小刀盘和设置在所述小刀盘外侧的用于后续扩挖破岩的平面大刀盘，在所述小刀盘和大刀盘上分别设有若干个第一滚刀和第二滚刀，在所述小刀盘和大刀盘上还分别设有喷水除尘口。
针对上述技术方案，采用圆锥状小刀盘最前端的顶点首先接触岩面进行先行引导破岩，破坏岩石的完整性，释放岩石内部应力和结构应力，构造出更多的岩石节理裂纹和裂隙；然后再采用大刀盘接触岩石进行破岩，完成整个岩面的后续扩挖破岩；喷水除尘口避免在破岩过程中尘土的飞扬，减少空气污染。
优选的，所述小刀盘的锥度角β≤arctan（f+µ），其中f为小刀盘和硬岩接触的摩擦系数，µ为依据岩石强度设置的修正系数。岩石强度越硬小刀盘的锥度角设置越大，确保小刀盘的硬度和强度，利于延长小刀盘的使用寿命和破岩效果。
优选的，在所述小刀盘上设置的第一滚刀的个数N 0 =D 1 /4S 1 sinβ，其中D 1 为小刀盘的最大直径，S1为第一滚刀的设计间距。
优选的，在所述大刀盘上设置的第二滚刀的个数N 00 =（D 1 -D 2 ）/2S 2 ，其中D 2 为大刀盘的直径，S2为滚刀的设计间距。
合理设置第一、二滚刀，使破岩效果最好。
优选的，所述第一滚刀和第二滚刀刀刃破岩的轨迹线不相重合，且所述第一滚刀和第二滚刀的刀刃破岩轨迹线覆盖整个岩面。达到破坏整个岩面完整性的目的，使刀盘整体受力更加均匀。
优选的，在所述大刀盘的中心轴线处设有安装孔，使所述小刀盘通过安装孔套装在所述大刀盘内。大小刀盘通过组装而成方便他们的分别更换，节约成本。
优选的，所述大刀盘焊接在所述小刀盘的底部而固定连接。大小刀盘整体设置安装拆卸方便。
本发明的有益效果是：
本发明通过小刀盘改变了破岩方式，将传统破岩刀盘和岩石掌子面的接触方式由面接触变为点接触，先行引导式掘进机刀盘破岩时，呈锥型的先行引导小刀盘首先接触岩面破岩，通过破坏岩石的完整性，释放岩石内部应力和结构应力，构造出更多的岩石节理裂纹，可以降低后续扩挖破岩的大刀盘的破岩难度，整体提高了破岩效率，可极大的缩短施工工期。
本发明的刀盘因为小刀盘增加了岩石的节理，破坏了岩石的完整性，极大地降低了后续扩挖破岩的平面大刀盘的刀具磨损消耗，极大地节约了刀具更换的成本，降低了整个工程投资。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为大刀盘的侧视图；
图4为小刀盘的侧视图；
图5为小刀盘上第一滚刀的破岩轨迹线。
图中：1大刀盘，2喷水除尘口，3第一滚刀，4小刀盘，5第二滚刀，6安装孔。
N1-N5表示设置在小刀盘上不同位置处的第一滚到，P1-P31表示设置在大刀盘上不同位置处的第二滚刀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
如图1-4所示，一种用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，包括用于先行破岩的圆锥状小刀盘4和设置在所述小刀盘4外侧的用于后续扩挖破岩的平面大刀盘1，在所述小刀盘4和大刀盘1上分别设有若干个第一滚刀3和第二滚刀5，所述第一滚刀3和第二滚刀5刀刃破岩的轨迹线不相重合，且所述第一滚刀3和第二滚刀5的刀刃破岩轨迹线覆盖整个岩面，小刀盘4上第一滚刀3的设置位置和破岩轨迹线如图5所示。
所述小刀盘4的锥度角β≤arctan（f+µ），其中f为小刀盘4和硬岩接触的摩擦系数，µ为依据岩石强度设置的修正系数。岩石强度越硬小刀盘4的锥度角设置越大。
在所述小刀盘4上设置的第一滚刀3的个数N 0 =D 1 /4S 1 sinβ，其中D 1 为小刀盘4的最大直径，S1为第一滚刀3的设计间距。
在所述大刀盘1上设置的第二滚刀5的个数N 00 =（D 1 -D 2 ）/2S 2 ，其中D 2 为大刀盘1的直径，S2为滚刀的设计间距。
在所述小刀盘4和大刀盘1上还分别设有喷水除尘口2。
大刀盘1和小刀盘4之间的安装方式分为两种：
组装式：在所述大刀盘1的中心轴线处设有安装孔6，使所述小刀盘4通过安装孔6套装在所述大刀盘1内。
一体式：所述大刀盘1焊接在所述小刀盘4的底部而固定连接。
本发明的工作原理：将呈圆锥型的小刀盘4的前端顶点首先与岩面接触进行破岩，通过破坏岩石的完整性，释放岩石内部应力和结构应力，构造出更多的岩石节理裂纹、裂隙；然后将大刀盘1开始接触岩面进行破岩，完成整个岩面的开挖。在破岩过程中通过喷水除尘口2进行喷水降低施工过程中尘土的飞扬。本发明设计整体提高了破岩效率，极大的缩短了施工工期。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，其特征在于，包括用于先行破岩的圆锥状小刀盘和设置在所述小刀盘外侧的用于后续扩挖破岩的平面大刀盘，在所述小刀盘和大刀盘上分别设有若干个第一滚刀和第二滚刀，在所述小刀盘和大刀盘上还分别设有喷水除尘口。
2.根据权利要求1所述的用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，其特征在于，所述小刀盘的锥度角β≤arctan（f+µ），其中f为小刀盘和硬岩接触的摩擦系数，µ为依据岩石强度设置的修正系数。
3.根据权利要求1所述的用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，其特征在于，在所述小刀盘上设置的第一滚刀的个数N 0 =D 1 /4S 1 sinβ，其中D 1 为小刀盘的最大直径，S1为第一滚刀的设计间距。
4.根据权利要求1所述的用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，其特征在于，在所述大刀盘上设置的第二滚刀的个数N 00 =（D 1 -D 2 ）/2S 2 ，其中D 2 为大刀盘的直径，S2为滚刀的设计间距。
5.根据权利要求1所述的用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，其特征在于，所述第一滚刀和第二滚刀刀刃破岩的轨迹线不相重合，且所述第一滚刀和第二滚刀的刀刃破岩轨迹线覆盖整个岩面。
6.根据权利要求1所述的用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，其特征在于，在所述大刀盘的中心轴线处设有安装孔，使所述小刀盘通过安装孔套装在所述大刀盘内。
7.根据权利要求1所述的用于极硬岩开挖的先行引导式掘进机刀盘，其特征在于，所述大刀盘焊接在所述小刀盘的底部而固定连接。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113482631A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-10-08 | 中南大学 | 一种高效破岩方法、设备及该设备的应用方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03176597A (ja) * | 1989-12-05 | 1991-07-31 | Iseki Tory Tech Inc | シールド型トンネル掘削機 |
| JPH10131680A (ja) * | 1996-11-01 | 1998-05-19 | Koken Boring Mach Co Ltd | ボーリング機を搭載したトンネル掘削機及び前方地盤調査方法 |
| CN202215251U (zh) * | 2011-08-04 | 2012-05-09 | 王茂 | 带中心钻系统的盾构机 |
| CN202628106U (zh) * | 2012-06-14 | 2012-12-26 | 上海力行工程技术发展有限公司 | 一种盾构掘进机刀盘的转换装置 |
| CN105370292A (zh) * | 2015-11-02 | 2016-03-02 | 武汉船用机械有限责任公司 | 一种中心鱼尾刀 |
| US20170342830A1 (en) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | Joy Mm Delaware, Inc. | Cutting head having segmented cutting disc |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03176597A (ja) * | 1989-12-05 | 1991-07-31 | Iseki Tory Tech Inc | シールド型トンネル掘削機 |
| JPH10131680A (ja) * | 1996-11-01 | 1998-05-19 | Koken Boring Mach Co Ltd | ボーリング機を搭載したトンネル掘削機及び前方地盤調査方法 |
| CN202215251U (zh) * | 2011-08-04 | 2012-05-09 | 王茂 | 带中心钻系统的盾构机 |
| CN202628106U (zh) * | 2012-06-14 | 2012-12-26 | 上海力行工程技术发展有限公司 | 一种盾构掘进机刀盘的转换装置 |
| CN105370292A (zh) * | 2015-11-02 | 2016-03-02 | 武汉船用机械有限责任公司 | 一种中心鱼尾刀 |
| US20170342830A1 (en) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | Joy Mm Delaware, Inc. | Cutting head having segmented cutting disc |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113482631A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-10-08 | 中南大学 | 一种高效破岩方法、设备及该设备的应用方法 |
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